一种均一的聚丙烯发泡厚板的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种均一的聚丙烯微孔发泡结构厚板的生产方法，其最重要的特征是发泡压力、温度和时间需满足：
，其中t为发泡时间/min；T为发泡温度/℃；P为发泡压力/MPa，即高温高压气体的压力，其中，t取值为30-250min，优选40-230min。采用本发明所述的发泡的时间、温度和压力条件，通过固定的协同关系，易于二氧化碳的扩散，同时还避免了二氧化碳气流对聚丙烯的破坏，克服了现有技术一直无法实现直接发泡厚板的技术障碍，实现了得到发泡倍率大，孔径尺寸小，泡孔密度高，厚度较大，结构均一的聚丙烯微孔发泡材料的目的，可实现发泡厚度大于10mm的发泡材料。
【专利说明】一种均一的聚丙烯发泡厚板的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子发泡材料制备【技术领域】，具体设计一种均一的聚丙烯微孔发泡 结构厚板的生产方法。
【背景技术】
[0002] 聚合物微孔发泡材料是特指泡孔小于尺寸100 μ m，孔密度大于I. OX IO6个/cm3的 聚合物多孔发泡材料。由于其具有的轻质高强、节约材料等特点，微孔发泡材料具有广泛的 应用前景。在众多的聚合物微孔发泡材料中，聚丙烯（PP)微孔发泡材料具有良好的机械性 能，较高的热变形温度，耐化学品性，表面保护性能，并易于回收循环使用。通过使用超临界 二氧化碳或超临界氮气发泡得到的聚丙烯微孔发泡材料，清洁无污染。特别地，制品厚度较 大的聚丙烯微孔发泡板材，如厚度大于IOmm是三明治夹芯复合材料的理想芯材，可应用于 保温车、冷藏车的隔热板，汽车、客车和轨道交通车辆的顶棚、地板等，并应用于船舶、建筑 等的隔热保温。
[0003] 常见的连续挤出发泡法很难制得聚丙烯发泡厚板。受原料树脂、气体在熔体中的 分散水平、模头出的降压速率、发泡体芯部的热量移除等因素的限制，连续挤出发泡只适合 于生产厚度相对较小，一般厚度小于5mm的微孔发泡片材。
[0004] 固态发泡法是制备聚合物微孔发泡材料的常用方法。固态发泡过程是指发泡温度 低于聚合物的流动温度，聚合物仍然处于固态的条件下，是高压气体溶解扩散进入聚合物 基体，然后通过快速泄压诱导泡孔成核和生长的发泡过程。在固态发泡过程中，高压气体通 过分子扩散作用渗透进入聚合物基体，达到扩散平衡的饱和时间取决于发泡温度、气体压 力、聚合物树脂种类及其厚度。对于通常的固态发泡过程，气体在大多数聚合物中的扩散速 度较慢，达到溶解平衡所需的饱和时间较长。特别是随着制品厚度的增加，饱和时间将大大 延长。因此，目前的固态发泡法常应用于制备厚度较小的片材，而制备厚度较大的微孔发泡 板材时泡孔不均匀，发泡耗时较长，效率较低。
[0005] 中国专利PCT/CN2012/084503公开了一种聚丙烯微孔发泡厚板的生产方法，该方 法采用带有芯部的聚丙烯板材为母板，采用平板发泡设备进行发泡。由于母板的芯部结构， 该方法制得的发泡板材内部存在芯部遗留的空洞，整体结构不均一，芯部结构在发泡后空 洞变大，结构各异，影响板材整体的机械性能、保温性能。同时，在板材的后续加工中，芯部 遗留的空洞不能作为片材使用，而产生大量的废料。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种均一的聚丙烯微孔发泡结构厚板 的生产方法，具体的过程包括如下步骤：
[0007] (1)提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度；
[0008] (2)将结构均一的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具 合模，液压系统加压至l〇_35MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入高温高压气体， 高温高压气体的压力为5-30MPa，优选5-25MPa，发泡温度和时间需满足：t = 0. 227*(T-1 50)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40,其中t为发泡时间/min ;Τ为发泡温度/°C ;Ρ为发泡压力/ MPa，即高温高压气体的压力，其中，t取值为30-250min，优选40-230min ;高温高压的气体 从聚丙烯母板的表面扩散进入聚合物基体；
[0009] (3)达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体 回收系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材 料。
[0010] 所述聚丙稀母版的厚度为2-30_。
[0011] 所述的发泡温度低于聚丙烯的熔点，优选的，发泡温度130-160°C ;
[0012] 所述的高温高压气体为二氧化碳或氮气或二者任意比例的混合物；
[0013] 所述的平板发泡模具具有密封材料，所述密封材料为铍铜、铝、石墨或聚四氟乙烯 的任意一种或多种的复合物。
[0014] 所述聚丙烯母板，通过挤出成型生产线制备，完整的挤出生产线包括混料机、螺杆 挤出机、专用平板挤出模头、冷却定型台、喷淋水箱、牵引机和切割机；具体制备过程为：
[0015] (1)将聚丙烯原料吸入螺杆挤出机料斗，在70_80°C烘干；
[0016] (2)干燥好的原料通过螺杆挤出机的塑化，混合，螺杆挤出机的参数设定为：螺杆 温度160-250°C，模头温度160-180°C，熔体压力5-15MPa，主机转速10-50rpm ;
[0017] (3)塑化好的聚丙烯熔体通过专用平板挤出模头成型；
[0018] (4)熔融态的聚丙烯挤出板在牵引机的拉力下通过冷却定型台，得到初步冷却和 定型，牵引机的牵引速率为：10_50cm/min，冷却定型台的温度为5-20°C ;
[0019] (5)初步定型聚丙烯挤出板出冷却定型台后进入喷淋水箱，进一步冷却，喷淋水温 10-30 0C ；
[0020] (6)经喷淋的聚丙烯挤出板通过切割机按一定长度切割，得到聚丙烯母板
[0021] 所述的聚丙烯原料为通用级聚丙烯，具体是均聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯。熔融 指数为 〇· 1_5. 0g/10min，优选 L 0-3. 0g/10min。
[0022] 步骤（1)所述的聚丙烯原料，加入助剂，通过混料机预混合后，再吸入螺杆挤出机 料斗，在70-80°C烘干；所述的助剂包括色母料、无机填料、阻燃剂、抗静电剂，以聚丙烯为 100重量份计，色母料0 -2重量份，无机填料0-10重量份，阻燃剂0-30重量份，抗静电剂 0-15重量份；所述助剂是否添加以及种类根据具体产品要求决定，其中阻燃剂和抗静电剂 分别实现阻燃性能和抗静电性能，对防火要求较高的应用领域，一般要求聚丙烯发泡材料 具有阻燃性能，此时添加阻燃剂；而在电子产品包装应用领域，则一般要求聚丙烯发泡材料 具有抗静电性能，此时添加抗静电剂。
[0023] 与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明所述的发泡的温度和压力条件， 通过固定的协同关系，易于二氧化碳的扩散，同时还避免了二氧化碳气流对聚丙烯的破坏， 克服了现有技术一直无法实现直接发泡厚板的技术障碍，实现了得到发泡倍率大，孔径尺 寸小，泡孔密度高，厚度较大，结构均一的聚丙烯微孔发泡材料的目的，可实现发泡厚度大 于IOmm的发泡材料。该发泡板材整体机械性能佳、保温性能优越；同时一台发泡机可以装 配多层平板模具，生产效率较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明制备的无芯孔的发泡厚板的结构示意图；
[0025] 图2为对比例中有芯孔的发泡厚板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 表征方法如下：
[0027] 按照IS0845标准测试得到微孔发泡材料的表观密度，可以计算得到最终微孔发 泡材料的发泡倍率。发泡倍率R rai= p p()lymOT/pf_，其中pp()lymOT为未发泡聚合物的密度， P f_为微孔发泡材料的表观密度。
[0028] 分别按照IS01798, IS0844和IS08067测得微孔发泡材料的拉伸强度，压缩强度。
[0029] 实施例1
[0030] 一种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤：
[0031] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度148°c ;
[0032] (2)将结构均一的聚丙烯母板（Ilmm)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至30MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入18MPa的二 氧化碳气体，发泡温度T为148°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0033] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40,（其中 t 为 41min ;T 为 148°C，P 为 18MPa)；
[0034] (3)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 25. 2mm〇
[0035] 实施例2
[0036] 一种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤；
[0037] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度160°C ;
[0038] (2)将结构均一的聚丙烯母板（17mm)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至30MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入25MPa的高 温二氧化碳气体，发泡温度T为160°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0039] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40,（其中 t 为 76min ;T 为 160°C，P 为 25MPa)；
[0040] (3)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 49. 7mm〇
[0041] 实施例3
[0042] 一种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤：
[0043] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度130°C ;
[0044] (2)将结构均一的聚丙烯母板（3m m)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至lOMPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入5MPa的高 温二氧化碳气体，发泡温度T为130°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0045] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40，（其中 t 为 231min ;T 为 130°C，P 为 5MPa);
[0046] (3)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 7. 7mm〇
[0047] 实施例4
[0048] 一种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤：
[0049] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度130°C ;
[0050] (2)将结构均一的聚丙烯母板（18mm)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至30MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入25MPa的高 温二氧化碳气体，发泡温度T为130°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0051] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40，（其中 t 为 144min ;T 为 130°C，P 为 25MPa);
[0052] (3)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 30. 8mm〇
[0053] 实施例5
[0054] 一种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤：
[0055] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度130°C ;
[0056] (2)将结构均一的聚丙烯母板（9mm)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至30MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入18MPa的高 温二氧化碳气体，发泡温度T为130°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0057] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40，（其中 t 为 131min ;T 为 130°C，P 为 18MPa);
[0058] (3)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 18mm〇
[0059] 实施例6
[0060] 一种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤：
[0061] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度160°C ;
[0062] (2)将结构均一的聚丙烯母板（5mm)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至35MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入30MPa的高 温二氧化碳气体，发泡温度T为160°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0063] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40，（其中 t 为 163min ;T 为 160°C，P 为 30MPa);
[0064] (3)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 15. 5mm〇
[0065] 实施例7
[0066] -种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤：
[0067] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度160°C ;
[0068] (2)将结构均一的聚丙烯母板（IOmm)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至30MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入18MPa的高 温二氧化碳气体，发泡温度T为160°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0069] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40,（其中 t 为 63min ;T 为 160°C，P 为 18MPa)；
[0070] (3)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 20. 9mm〇
[0071] 实施例8
[0072] -种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤：
[0073] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度148°C ;
[0074] (2)将结构均一的聚丙烯母板（22mm)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至30MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入25MPa的高 温二氧化碳气体，发泡温度T为148°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0075] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(Ρ-17· 5)4+40,（其中 t 为 54min ;T 为 148°C，P 为 25MPa)；
[0076] (4)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 64. 3mm〇
[0077] 实施例9
[0078] -种聚丙烯微孔发泡结构均一厚板的生产方法，采用平板发泡设备对聚丙烯母板 进行发泡，母板为结构均一的板材，具体的发泡过程包括如下步骤：
[0079] (1)将平板发泡模具温度升高至发泡温度，发泡温度148°C ;
[0080] (2)将结构均一的聚丙烯母板（7mm)放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发 泡模具合模，液压系统加压至l〇MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入5MPa的高 温二氧化碳气体，发泡温度T为148°C，发泡时间t (分钟）满足下公式：
[0081] t = 0· 227*(Τ-150)2+0· 004083*(P-17. 5)4+40，（其中 t 为 141min ;T 为 148°C，P 为 5MPa);
[0082] (4)达到扩散溶解平衡后，快速泄压系统迅速泄去平板发泡模具内的气体并通过 气体回收系统回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料 13. 4mm〇
[0083] 将实施例I-9所制备的发泡材料与对比例进行对比，其中对比例是按照 CN201210443118实施例4所制备的带芯孔的发泡材料，实施例1制备发泡材料的发泡结构 与对比例的对比如图1和图2所示，性能指标对比如表1所示：
[0084] 表1本发明所述的发泡材料与带有芯部的发泡材料的性能对比
[0085]
【权利要求】
1. 一种均一的聚丙烯微孔发泡结构厚板的生产方法，其特征在于，具体的过程包括如 下步骤： (1) 提供热量的温控系统将平板发泡模具升温至发泡温度； (2) 将结构均一的聚丙烯母板放入平板发泡模具内，液压系统驱动平板发泡模具合模， 液压系统加压至l〇_35MPa，高压气体输送系统向平板发泡模具内导入高温高压气体，高温 高压气体的压力为5-30MPa，优选5-25MPa，发泡温度和时间需满足：t = 0. 227*(T-150)2+0 .004083*(P-17. 5)4+40,其中t为发泡时间/min ;T为发泡温度/°C ;P为发泡压力/MPa，即 高温高压气体的压力，高温高压的气体从聚丙烯母板的表面扩散进入聚合物基体； (3) 达到溶解平衡后，快速泄压系统快速泄去平板发泡模具内的气体并通过气体回收 系统进行回收，模具开模，聚丙烯母板从模具内弹出并发泡，得到聚丙烯微孔发泡材料。
2. 根据权利要求1所述的均一的聚丙烯微孔发泡结构厚板的生产方法，其特征在于，t 取值为 30-250min，优选 40-230min。
3. 根据权利要求1所述的均一的聚丙烯微孔发泡结构厚板的生产方法，其特征在于， 所述聚丙稀母版的厚度为2-30mm。
4. 根据权利要求1所述的均一的聚丙烯微孔发泡结构厚板的生产方法，其特征在于， 所述的发泡温度低于聚丙烯的熔点，优选的，发泡温度130-160°C。
5. 根据权利要求1所述的均一的聚丙烯微孔发泡结构厚板的生产方法，其特征在于， 所述的高温高压气体为二氧化碳或氮气或二者任意比例的混合物。
6. 根据权利要求1所述的均一的聚丙烯微孔发泡结构厚板的生产方法，其特征在于， 所述的平板发泡模具具有密封材料，所述密封材料为铍铜、铝、石墨或聚四氟乙烯的任意一 种或多种的复合物。
7. -种权利要求1-6任一项所用的聚丙烯母板的制备方法，其特征在于，通过挤出成 型生产线制备，完整的挤出生产线包括混料机、螺杆挤出机、专用平板挤出模头、冷却定型 台、喷淋水箱、牵引机和切割机；具体制备过程为： (1) 将聚丙烯原料吸入螺杆挤出机料斗，在70-80°C烘干； (2) 干燥好的原料通过螺杆挤出机的塑化，混合，螺杆挤出机的参数设定为：螺杆温度 160-250°C，模头温度 160-180°C，熔体压力 5-15MPa，主机转速 10-50rpm ; (3) 塑化好的聚丙烯熔体通过专用平板挤出模头成型； (4) 熔融态的聚丙烯挤出板在牵引机的拉力下通过冷却定型台，得到初步冷却和定型， 牵引机的牵引速率为：10_50cm/min，冷却定型台的温度为5-20°C ; (5) 初步定型聚丙烯挤出板出冷却定型台后进入喷淋水箱，进一步冷却，喷淋水温 10-30。。； (6) 经喷淋的聚丙烯挤出板通过切割机按一定长度切割，得到聚丙烯母板。
8. 根据权利要求7所述的聚丙烯母板的制备方法，其特征在于，所述的聚丙烯原料为 通用级聚丙烯，具体是均聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯，熔融指数为〇. 1-5. 0g/10min，优选 1. 0-3. 0g/10min〇
9. 根据权利要求7所述的聚丙烯母板的制备方法，其特征在于，步骤（1)所述的聚丙烯 原料，加入助剂，通过混料机预混合后，再吸入螺杆挤出机料斗，在70-80°C烘干。
10. 根据权利要求9所述的聚丙烯母板的制备方法，其特征在于，所述的助剂包括色母 料、无机填料、阻燃剂、抗静电剂，以聚丙烯为100重量份计，色母料0-2重量份，无机填料 0-10重量份，阻燃剂0-30重量份，抗静电剂0-15重量份。
【文档编号】B29C44/02GK104476711SQ201410796692
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】吉峥嵘 申请人:江苏微赛新材料科技有限公司